Đề tài Thiết kế, tính toán, cải tiến máy trộn bê tông di động loại nhỏ (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Thiết kế, tính toán, cải tiến máy trộn bê tông di động loại nhỏ (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG Thiết kế, tính toán, cải tiến máy trộn bê tông di động loại nhỏ S K C 0 0 3 1 8 6 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2011
2. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN ĐOÀN LỜI CẢM ƠN!!! Nhà trường đã tạo điều kiện để chúng em có thể làm quen với thực tế trong việc thực hiện nghiên cứu đề tài, giúp chúng em có thêm nhiều kinh nghiệm để thực hiện đồ án tốt nghiệp sau này, em xim chân thành cảm ơn: - Ban Giám hiệu, phòng Đào tạo, phòng Quản lý Khoa học & Quan hệ Quốc tế, Thư viện trường và Khoa Xây Dựng & Cơ Học ứng Dụng, cùng toàn thể quý Thầy Cô đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho chúng em. - Gửi lời tri ân đến thầy Nguyễn Văn Đoàn đã hướng dẫn, giúp đỡ chúng em tận tình chúng em trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài. - Sau cùng chúng em chân thành cảm ơn gia đình và các bạn đã giúp đỡ hoàn thành nghiên cứu đề tài. Sinh viên thực hiện SVTH: Huỳnh Nhật Thái – Hồ Hữu Vịnh Trang 1
3. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN ĐOÀN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tp.HCM, ngày tháng năm 2011 Giáo viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Văn Đoàn SVTH: Huỳnh Nhật Thái – Hồ Hữu Vịnh Trang 2
4. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN ĐOÀN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Tp.HCM, ngày tháng năm 2011 SVTH: Huỳnh Nhật Thái – Hồ Hữu Vịnh Trang 3
5. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN ĐOÀN TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trong thời đại ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển ảnh hưởng nhiều đến sự phát triển nền kinh tế do đó nước ta chủ trương công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đưa nền kinh tế sánh vai cùng các nước trên thế giới. Trong hoàn cảnh nước ta hiện nay, nhu cầu tự động hóa với ngành công nghiệp và xây dựng rất phong phú và đa dạng. Tuy nhiên lâu nay trên thị trường vốn thuộc về các nhà sản xuất thiết bị nước ngoài có nhiều ưu thế về công nghệ, chất lượng, việc sản xuất máy móc trong nước không đáp ứng về các mặt trên tuy có ưu thế về giá thành. Vì vậy, đòi hỏi cấp bách đối với kỹ sư trẻ hiện nay là không ngừng học hỏi, thiết kế những loại máy ngày càng tốt hơn trên cơ sở kế thừa những thành tựu đạt được, tiên phong đi đầu trong lĩnh vực ứng dụng kỹ thuật, khoa học vào thực tiễn và sản xuất. Hiện nay, ngành xây dựng đang phát triển kéo theo là các loại máy trộn vật liệu cũng xuất hiện rất đa dạng nhằm giảm sức lao động, đem lại hiệu quả cao, từ đó dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Đoàn, chúng em thực hiện đề tài: “Thiết kế, tính toán, cải tiến máy trộn bê tông di động loại nhỏ” dựa trên những loại máy của nước ngoài để phù hợp với đất nước ta hiện nay. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Trong ngành xây dựng dân dụng hiện nay việc tạo ra những mẻ vật liệu với thời gian ngắn, đảm bảo chất lượng, đạt năng suất cao là một trong những yêu cầu mà người kỹ sư, công nhân trong nghề rất cần, chính vì lý do này mà trong thời gian học tập tại trường với những kiến thức học hỏi được từ các thầy cô, cùng với niềm đam mê nghiên cứu và tìm hiểu dưới sự chỉ dẫn của thầy giáo Nguyễn Văn Đoàn chúng em đã bắt tay vào tìm hiểu,nghiên cứu và thực hiện đề tài “ thiết kế, tính toán, cải tiến máy trộn bê tông di động loại nhỏ” với mục đích cải tiến máy trộn bê tông loại nhỏ nhằm tăng năng suất lao động , giảm lượng bê tông bám vào thành thùng trộn khi dỡ vật liệu cụ thể: - Cải tiến cơ cấu dỡ bê tông sau khi trộn bằng cách quay vô lăng làm nghiêng thùng trộn một góc khoảng -300 đến - 400 bằng tay ta thay bằng cơ cấu tự động - Tạo moment giật làm giảm lượng bê tông bám trên thùng trộn sau khi đỗ bê tông ra ngoài SVTH: Huỳnh Nhật Thái – Hồ Hữu Vịnh Trang 4
6. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN ĐOÀN NỘI DUNG ĐỀ TÀI PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VÀ PHÂN LOẠI MÁY TRỘN I. GIỚI THIỆU CHUNG: Hiện nay trong các ngành xây dựng người ta thường thấy rất nhiều máy trộn vật liệu phục vụ cho các nhu cầu xây dựng. Có nhiều dạng khác nhau và phong phú về chủng loại: hỗn hợp ămiăng – xi măng, hỗn hợp vữa xây dựng, hỗn hợp bê tông, từ những vật liệu có sẵn. Viêc chọn vật liệu có thể được thực hiện với nhiều mục đích rất khác nhau: - Để tạo bề mặt các chất phản ứng tốt nhất - Để tăng phản ứng hóa học và mức truyền nhiệt. - Để thay đổi tình trạng cơ lý của vật liệu ( làm đông cứng, tinh hóa, ) - Để tạo hỗn hợp huyền phù, nhũ tương, bột dẽo. Trộn bê tông bằng máy nhanh hơn rất nhiều và cho ra bê tông chất lượng đáng tin cậy hơn, đặc biệt khi có phụ gia. Nếu khối lượng bê tông xi măng có yêu cầu lớn hơn thì có thể sản xuất từ các nhà máy bê tông, các trạm trộn liên hợp, còn nếu khối lượng yêu cầu không lớn thì có thể sản xuất trực tiếp từ công trường bằng các máy trộn độc lập. các loại máy trộn bê tông hiện nay rất phong phú về chủng loại và đa dạng về kết cấu. trong các số máy trộn bê tông, chúng ta chỉ đề cập đến những loại máy trộn đang sử dụng rộng rãi với số lượng lớn nhất. II. PHÂN LOẠI MÁY TRỘN: A. Giới thiệu về máy trộn bê tông: Máy trộn bê tông cũng là loại máy trộn vật liệu được dùng rất phổ biến trong xây dựng, đặc biệt là trong việc xây dựng nhà ở, các tòa nhà cao ốc, các công trình xây dựng, bao gồm: cát, nước, xi măng và đá, có khi kèm theo phụ gia. Sản phẩm đầu ra là hỗn hợp bê tông có các yêu cầu khác nhau về độ lõng và độ đặc tùy theo nhu cầu sử dụng. B. Phân loại: 1. Kiểu thùng: các loại vật liệu được quay trong thùng quay. Bên trong thùng là cái lưỡi dao để trộn làm phân tán các nguyên liệu trong hỗn hợp bê tông. Các cánh trộn này được gắn trực tiếp vào thùng trộn, khi thùng trộn quay thì các cánh trộn sẽ quay theo và nâng một phần các cốt vật liệu lên cao, sau đó để SVTH: Huỳnh Nhật Thái – Hồ Hữu Vịnh Trang 5
7. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN ĐOÀN chúng rơi tự do xuống phía dưới thùng đều với nhau tạo thành hỗn hợp bê tông. 2. Kiểu máy: các máy này sử dụng sự quay của các cánh trộn trong một máy. Những máy kiểu này khng6 đáng tin cậy như máy kiểu thùng. 3. Kiểu trọng lực: các vật liệu rơi xuống phía dưới dưới tác động của trọng lực qua các phểu kế tiếp và được trộn một cách ngẫu nhiên. Nhưng bê tông trộn trong máy trộn nhờ trọng lực không đáng tin cậy về chất lượng. 4. Kiểu trộn bằng khí nén: không khí nén là tác nhân trộn. Máy này han chế vì lắp đặt thêm máy nén khí lớn cho mỗi máy. 5. Ô tô trộn bê tông: máy trộn thùng lưu động thường chứa 4 – 6 3 Các loại máy này có ưu điểm và nhược điểm khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu và mục đích khác nhau mà ta có thể sử dụng từng loại máy sao cho phù hợp, đạt hiệu quả tốt nhất. Máy trộn bê tông cũng được chia thành các loại máy sau dựa vào phương pháp trộn vật liệu: máy trộn cưỡng bức, máy trộn tự do làm việc gián đoạn hoặc liên tục. Dưới đây là hình ảnh về một số loại máy trộn bê tông được dùng phổ biến trong lĩnh vực xây dựng: Máy trộn bê tông kiểu tự do kết cấu đơn giản, sử dụng dòng điện 220V – 1 pha hoặc động cơ xăng – diezen. Dễ di chuyển, bảo dưỡng đơn giản, hiệu quả cao. SVTH: Huỳnh Nhật Thái – Hồ Hữu Vịnh Trang 6
8. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN ĐOÀN THÔNG SỐ MÁY TRỘN Model Công suất Dung tích(L) 250L 1.5KW – 3.5HP 250 350L 2.2KW – 5.5HP 350 380L 2.5KW – 6HP 380 Máy trộn bê tông cố định làm việc gián đoạn Đây là loại máy trộn bê tông dùng rất nhiều ngoài thực tế, dùng khi cần vận chuyển bê tông từ nơi chế biến đến công trình xây dựng, khi mà công trình xây dựng không thể đặt máy trộn bê tông, khi diện tích không cần thiết dùng máy trộn cố định. SVTH: Huỳnh Nhật Thái – Hồ Hữu Vịnh Trang 7
9. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN ĐOÀN PHẦN II CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÁY TRỘN Các máy trộn có nhiều loại và có tính năng khác nhau, nhưng cấu tạo chung của chúng đều có các bộ phận: - Bộ cấp liệu: bao gồm máng cấp liệu và các bộ phận định lượng thành phần cốt liệu khô như: đá, cát sỏi, xi măng - Bộ phận trộn: thùng trộn - Bộ phận dỡ sản phẩm - Hệ thống cấp nước I. THIẾT KẾ THÙNG TRỘN: Từ công thức tính năng suất của máy trộn kiếu tự do ta có : 3600 3 Q= Vsx.K (m /h). (1) Tck Trong đó : Q:là năng suât của máy trộn (m3/h). + Vsx : là dung tích sản xuất của thùng trộn (l) +K:hệ số đông đặc của bê tông xi măng K 0.65 0.7 +Tck :thời gian một chu kỳ trộn = 90-180(s) ta chọn k=0.65; =120 (s) . Q.T 2.120 Từ (1) suyra: V sx = ck 0.103 ( m3 ). 3600.k 3600.0.65 Hay =103(l) Theo tiêu chuẩn ta có dung tích thùng trộn cần thiết kế là: 3 Vthïng (2  2.5)Vsx Vthïng 200l 200(dm ) . 1- Sơ đồ truyền động của náy trộn bê tông xi măng hình nón cụt a. Cấu tạo : SVTH: Huỳnh Nhật Thái – Hồ Hữu Vịnh Trang 8
10. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN ĐOÀN 7 8 9 6 5 4 2 3 1 10 1. Động cơ 2. Bộ truyền đai 3. Trục và ổ quay thùng 4. Khung máy 5. Bánh răng nón 6. Vành răng 7. Thùng trộn 8. Cơ cấu đảo chiều quay 9. Bộ ly hợp 10. Trục trung gian b. Nguyên lý làm việc: Thùng trộn có dạng hình nón cụt , bên trong có gắn 3 cánh trộn thùng được đặt trên khung giăng thông qua trục và ổ quay .Khi làm việc hệ thống dẫn đọng như sau được :động SVTH: Huỳnh Nhật Thái – Hồ Hữu Vịnh Trang 9
11. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN ĐOÀN cơ => bộ truyền đại => cặp bánh răng hình côn, bánh răng côn sẽ ăn khớp với vành răng làm thùng trộn quay và phối liệu trong thùng sẽ được trộn đều. Trong quá trình trộn có thể thay đổi góc nghiêng của thùng nhưng để phối liệu được trộn đều thì thường nghiêng thùng một góc 38  450 là tốt nhất Khi đã trộn xong thì sản phẩm bê tông được lấy ra bằng cách đóng bộ ly hợp bộ ly hợp sẽ truyền chuyển động làm khung giăng đỡ thùng trộn quay ghiêng thùng trộn một góc 135 theo phương đứng kết hợp với cơ cấu đảo chiều quay khung giăng tạo ra moment giật làm cho phối liệu bên trong thùng thoát sạch ra ngoài một cách dễ dàng . 2- Tính kích thước thùng trộn : Với thùng trộn hình nón cụt ta có tỷ số: L/D = 0.8 1 Với : L:là chiều dài thùng trộn D: đường kính thùng trộn . Sơ đồ của thùng trộn hình vẽ bên: Để cho quá trình tính toán được dễ dàng ta chia thùng trộn thành 2 phần(hv): - Phần hình trụ có thể tích V1 - Phần hình nón cụt có thể là V2 H2: Sơ đồ thùng trộn Theo tiêu chuẩn thiết kế thì: + V2= 0.8 + Chiều cao của phần hình trụ bằng đường sinh của nón cụt Gọi: + chiều cao của nón cụt là h2 + bán kính nhỏ của nón cụt là r + bán kính lớn của nón cụt là R ,suy ra R-r = a. Giả sử: a=0.6 h2 L= 0.9D= 1.8R. SVTH: Huỳnh Nhật Thái – Hồ Hữu Vịnh Trang 10
12. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN ĐOÀN Ta có: V1+V2= Vthung (1) h1+ h2=L=1.8R (2) V2= 0.8V1 (3) 2 2 2 a + h2 = h1 (4) a=0.6h2 (5) 2 2 V1= 3.14R .h1 (6) 2 2 V2= h2.3.14.(R +r +R.r)/3 (7) Giải hệ 7 phương trình trên ta thu được: r=165,4mm R=331 mm h1=321mm h2=276 mm Như vậy ta sẽ thiết kế thùng trộn có kích thước như sau - Chiều dài thùng trộn : L = 597 mm - Đường kính thùng trộn : D = 662 mm - Đường kính miệng thùng : d = 2r =330.8 mm II. TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ DẪN ĐỘNG: Với máy trộn bê tông ximăng hình nón cụt thì vật liệu trộn trong thùng được chia làm 2 phần : + Phần vật liệu sẽ được nâng lên do thành thùng quay : G1 + Phần vật liệu trên các cánh trên :G2. G1+ G2= G =VSX . SVTH: Huỳnh Nhật Thái – Hồ Hữu Vịnh Trang 11
13. ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN VĂN ĐOÀN G1=0.85G G2 =0.15G 1- Sơ đồ trộn khi thùng trộn làm việc: Do ảnh hưởng của lực ma sát sinh ra giữa dòng vật liệu trong thùng và bề mặt thùng nên tạo ra một góc nghiêng s của vật liệu tại một góc quay nào đó của thùng . Góc được xác định như sau: lập phương trình cân bằng mô men với trục quay của thùng trộn : ’ ’’ Rđ.F + Rđ.G1 - h.G1 = 0 Rđ.m.a.  + Rđ.m.g.cos - h.m.g.sin = 0 Trong đó : Sơ đồ xác định công suất quay thùng + Rđ : bán kình thùng trộn + : hệ số ma sát giữa hỗn hợp vật liệu và thành thùng =0.3-0.6 + a : gia tốc ly tâm của thùng trộn khi quay =2m/s2. + h : khoảng cách từ trọng tâm của dòng hỗn hợp vật liệu đến trục của thùng, h được xác định từ công thức trọng tâm của hình viên phân : 4.sin 2 2 h=Rđ.C với = . 3 sin :góc tâm của hình viên phân . Ta chọn các thông số : = 0,4 a = 2m/s2 chọn =1450 SVTH: Huỳnh Nhật Thái – Hồ Hữu Vịnh Trang 12